这些车辆控制着众多子系统，这些子系统依靠彼此传递的信息来实现高度自动化，并通过各种传感器和执行器与物理世界进行交互。.
最初，这些子系统采用功能优化的通信技术，即所谓的域特定硬件架构。这种方法需要多个专用总线在不同域之间传输数据，因此必须使用网关计算机来转换各种硬件架构之间的信息。由于需要管理多达 20 种网络标准，汽车制造商寻求一种更简单的解决方案，即使用通用平台构建通信基础设施。.
向基于以太网的区域架构过渡：
汽车行业正从传统的网络架构转向基于以太网的单一骨干网。这种转变使得车辆可以被划分为多个“区域”，这些区域可以通过无处不在的基于 IP 的以太网更轻松地与集中式计算平台进行交互。汽车制造商与 IEEE 合作，共同定义了一种物理层，该物理层仅需一对平衡电缆，而无需像传统以太网那样使用两对或四对电缆。图 1 展示了从特定领域的硬件架构到具有集中式计算平台的区域架构的过渡。
图 1：网络发展大趋势，从领域特定架构到区域架构
向基于以太网的区域架构过渡，标志着汽车设计和功能方面的一项重大进步。通过采用单一通信技术，汽车制造商可以简化车辆内部网络，降低维护多种通信标准所带来的复杂性和成本。这种精简的方法不仅提升了车辆性能，也为更高级的功能和特性铺平了道路。.
通用数据环境的优势：
统一的数据环境允许使用软件定义车辆系统和功能，从而降低延迟和复杂性。随着安全要求的不断提高，标准化机制可以对网络参与者进行身份验证，并根据需要加密信息。以往的通信总线缺乏安全功能，需要采用多种方法来缓解安全威胁。
通用数据环境的优势远不止于安全性和效率。通过标准化车内通信协议，汽车制造商可以更轻松地集成新技术和功能。随着自动驾驶、电动汽车 (EV) 和互联汽车技术的不断发展，这种灵活性至关重要。通用数据环境可确保这些创新能够无缝集成到车辆架构中，从而提供更加流畅、一体化的驾驶体验。.
简化软件更新
：使用通用网络简化了软件更新，使设计人员能够采用单一方法实现更新，而无需为不同的数据链路定义不同的方法。简化软件更新的能力对汽车行业而言意义非凡。随着车辆对软件的依赖性日益增强，定期更新和增强的需求也变得愈发迫切。通用网络基础设施支持空中下载 (OTA) 更新，使汽车制造商能够实现新功能、修复漏洞并提升性能，而无需客户前往经销商处。这不仅提升了客户体验，还降低了维护成本和停机时间。
以太网 10BASE-T1S：连接数字世界和物理世界
以太网的概念已经存在了50年，其IEEE®规范也于40年前发布，主要用于在计算机之间传输大量数据。然而，计算机的数字世界与汽车的物理世界之间的接口仍然依赖于硬件，并且具有领域特定性。为了解决这个问题，10BASE-T1S以太网应运而生。.
以太网 10BASE-T1S 是一种多点总线，它使用一对单根线缆作为主干。传感器和执行器直接连接到这根线缆，无需以太网交换机即可连接多个设备。当接收数据并需要发送到更高速度的互连网络时，只需一个带有 10BASE-T1S 端口和额外高速端口的简单交换机即可。由于以太网上的所有设备都使用相同的以太网帧格式，因此无需特殊的转换网关。.
10BASE-T1S 以太网的开发标志着汽车网络发展历程中的一个重要里程碑。它提供了一种标准化且高效的方式来连接传感器和执行器，从而弥合了数字世界和物理世界之间的鸿沟。这项技术能够实现实时数据处理和通信，使车辆能够更快、更准确地响应不断变化的路况。10BASE-T1S 以太网确保车辆系统能够无缝协作。图 2 展示了这一概念的工作原理。.
图2：区域架构与域架构
实际应用演示：
为了展示 10BASE-T1S 以太网的实际应用，Microchip Technology 开发了一个演示系统，展示了如何利用这项技术连接车辆内的各种传感器和执行器。该演示系统包含压力传感器、接近传感器、光传感器和其他传感器，用于采集真实世界的数据，这些数据随后由中央计算平台进行处理。处理后的数据用于控制电机、风扇、灯光和显示器，进而与物理世界进行交互。该演示的视频可在 YouTube 上观看，网址为 https://youtu.be/nD1c3eLYp7M。 图 3 展示了该演示系统。
图 3：多传感器和执行器演示器
这种配置不仅突显了 10BASE-T1S 以太网的多功能性，也强调了其简化车辆通信系统设计和实现的潜力。10BASE-T1S 以太网使用单对线缆运行的多点总线，无需以太网交换机即可连接众多传感器和执行器。数据在网络中传输时，只需一个带有 10BASE-T1S 端口的简单交换机即可与高速连接对接，同时保持整个系统以太网帧格式的一致性。.
对汽车制造商而言，这是巨大的优势。
对于必须兼容多种特定应用标准的汽车制造商而言，使用单一协议来实现大多数功能具有显著优势。高级驾驶辅助系统 (ADAS) 每年都会进行改进，这通常需要在未来配备新的摄像头、雷达、超声波传感器和激光雷达，以及更新信息娱乐和导航系统。汽车的其他部件也在逐步改进，有时仅仅通过新增软件功能即可实现。.
现代车辆可能配备 40 种不同的线束、数十甚至数百个电子控制单元 (ECU)，以及总重达 113 公斤的数英里电缆。不同应用所需的各种线路也带来了电磁兼容性 (EMC) 方面的挑战，因为每种应用都有其独特的要求。.
采用单一协议简化了车辆的内部架构，减少了所需的线束和ECU数量。这不仅减轻了重量和复杂性，还提高了可靠性和维护便捷性。由于需要管理的组件更少，汽车制造商可以专注于提升车辆性能和功能，从而提供更佳的整体驾驶体验。.
分组
到一个从区域网关到骨干网络和中央计算平台的单一链路中。
向基于区域以太网的电子电气架构过渡对于支持现代车辆日益增长的复杂性至关重要。随着传感器、执行器和电子系统数量的持续增长，可扩展且高效的网络基础设施变得必不可少。以太网提供了管理这些系统产生的大量数据所需的带宽和灵活性，从而确保车辆平稳高效地运行。.
随着汽车行业的不断发展，基于以太网的架构将在塑造汽车技术的未来方面发挥至关重要的作用，确保车辆保持互联、高效和创新。统一车辆通信架构的概念如今已接近现实。目前道路上行驶的部分车辆已采用以太网作为其计算架构，而采用新型区域架构（涵盖物理-数字接口）的车型也将很快投入生产。这种方法不仅简化了车辆设计，还为软件驱动的创新开辟了新的可能性，因为以前由硬件定义的功能现在可以通过软件实现和更新。.
超越汽车：以太网的广泛应用
以太网的优势不仅限于汽车行业。在对更高效、可扩展通信解决方案的需求推动下，工业应用也开始采用这项技术。随着以太网在汽车以外的领域获得广泛应用，规模经济将有助于降低成本，使其更易于获取，并吸引更多应用场景。此外，随着人们对如何构建和实施基于以太网的系统了解的不断深入，在不同行业开发和部署这些系统也将变得更加容易。.
从本质上讲，以太网，特别是10BASE-T1S以太网的采用，是弥合汽车技术领域虚拟世界与现实世界差距的关键一步。这项技术不仅能够打造一个比以往任何时候都更智能、更安全、更互联的未来汽车，而且还为多个领域的更广泛创新奠定了基础。.
以太网从计算机应用领域扩展到汽车行业的历程，充分证明了标准化的力量以及跨行业合作推动技术进步的巨大潜力。随着汽车行业的不断发展，以太网将在塑造未来汽车方面发挥关键作用，引领高效、安全和互联互通的新时代到来。.
作者：微芯科技汽车信息娱乐系统事业部
